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发表于 2011-12-2 21:48:31
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回复 5# 求知无足
第一章 绪论 1.1什么是软件无线电 1.1.1软件无线电的概念
顾名思义，软件无线电就是软件控制的无线电收发信机，它的所有工作处理过程和工作参数都应该是由软件定义和控制的，而不是像传统无线电台那样是由硬件决定。从这个意义上说，软件无线电台就是要将数字信号处理技术应用于天线端的射频(RF)信号处理，亦即将宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线端使用，而且其功能及各种工作参数都可以通过软件来定义。这种软件无线电台与人们通常所说的数字化接收机(电台)存在一定的区别。在软件无线电台中，要适应不同的通信标准与不同体制的通信设备互通工作，只需选用或更改电台的某些工作参数或处理程序即可实现，而这都是通过软件来执行的，而数字化接收机(电台)一般都需要使用不同的硬件电路，有时甚至要使用与这些通信标准一一对应的专用电路，软件无线电台的改进或升级换代可以通过软件的升级来实现，但数字化接收机(电台)就不可能那么简单，一般都要重新设计和更换新的硬件电路板。由此可见，软件无线电台不但具有操作极其方便灵活的特点，而且还能够对技术的发展和工作环境的变化作出更为快捷的响应。
1.1.2软件无线电的特性
SDR(Software Defined Radio)是在天线和A/D/A之间放置模拟信号处理环节，以便于进行滤波、模拟变频等处理，而其它部分在通用硬件平台上，由软件进行处理，是一种非理想的软件无线电。使用SDR概念来设计和实现下一代的无线通信系统和设备，与传统的产品和设备相比较，具有明显的优势。它将使得从技术研究开发，到设备制造商、电信运营商，再到每个无线通信终端用户都受益。具体如下：
1.为技术和产品的研究开发提供一个新概念和通用无线通信平台，大大降低了开发成本和周期。
传统的无线通信系统只对单一的标准进行产品开发，从标准相对稳定到设计和开发专用芯片，再到产品设计和实现是一个以年为单位的过程，开发周期长、开发成本高。上述情况导致在标准制定进程中，大多数新技术不能被应用，限制了新技术的发展和应用，导致商用产品和当时技术水平的巨大差异。SDR将提供一个新概念和通用无线通信平台，在此平台上，可能基于软件来实现新业务和使用新技术，大大降低了开发成本和缩短了周期，使产品能跟上技术发展的水平。
2.为设备制造商降低投资风险，提高经济效益。
目前无线通信产品的生命周期越来越短，因此针对单一产品线的投资风险很大。基于SDR技术产品的生产将比传统产品原材料成本低、且产品寿命长，这就意味着投资风险低。同时，由于它简单化及标准化硬件使得产品容易生产。因此，制造商生产基于SDR技术的产品，可得到远大于生产传统产品的效益。
3.为运营商降低投资风险
移动通信网建设需要巨大投资，同时具有很大风险性。我国现今一方面由于市场需求，GSM网络迅速扩容，增加GPRS设备；另一方面又面临第三代移动通信到来的时期，制定一个成功的投资战略极为困难。在现阶段考虑在第三代移动通信的多种标准中如何选择，也有很大的投资风险。软件无线电从某种程度上可降低这种风险。
4.为最终用户提供了一个通用的终端设备平台
基于SDR技术用户的设备，是为用户提供了一个通用的终端设备平台。它应当能支持多达5-8种国际上通用的标准，而且可以通过空间加载软件技术达到用户设备升级的目的。这样，用户便不需要关心他所在的地区和运营商的问题，从而实现真正意义的全球漫游。用户还可能获得他们所希望得到的新业务。
1.1.3软件无线电的关键性技术
软件无线电技术是软件化、计算密集型的操作形式。它与数字和模拟信号之间的转换、计算速度、运算量、存储量、数据处理方式等问题息息相关，这些技术决定着软件无线电技术的发展程度和进展速度。宽带/多频段天线、A/D/A转换器件、DSP(数字信号处理器)技术及实时操作系统是软件无线电的关键技术。
1.宽带/多频段天线
理想的软件无线电的天线部分应该能覆盖全部无线通信频段，通常来说，由于内部阻抗不匹配，不同频段电台的天线是不能混用的。而软件无线电要在很宽的工作频率范围内实现无障碍通信，就必须有一种无论电台在哪一个波段都能与之匹配的.
天线。因此，实现软件无线电通信，必须有一副可通过各种频率信号而且线性性能良好的宽带天线.软件无线电台覆盖的频段为2MHz～2000MHz。就目前水平而言，研制一种全频段天线是不可能的。一般情况下，大多数系统只要覆盖不同频段的几个窗口，不必覆盖全部频段，故可采用组合式多频段天线的方案。即把2MHz～2000MHz频段分为2MHz～30MHz, 30MHz～500MHz, 5OOMHz～2000MHz三段。这不仅在技术上可行，而且基本不影响技术使用要求。
2. A/D/A转换器件
在软件无线电通信系统中，要达到尽可能多的以数字形式处理无线电信号，必须把A/D/A转换尽可能向天线端推移，这样就对A/D/A转换器的性能提出了更高的要求。为保证抽样后的信号保持原信号的信息，A/D/A转换要满足Nyquist抽样准则，而在实际应用中，为保证系统更好的性能，通常抽样率不小于带宽的2.5倍。受器件工作频率的限制，当前软件无线电通信系统采用A/D/A转换器的分辨率一般较低，由于其分辨率低，因此影响到信号处理的精度，故增加转换器的精度成为一大热点。对于更高的转换带宽要求，可以用并行A/D/A转换的方法完成。
3. DSP(数字信号处理器)技术
它主要完成系统内部数据处理、调制解调和编码解码等工作。由于电台内部数据流量很大。进行滤波、变频等处理运算次数多，必须采用高速、实时、并行的数字信号处理器模块或专用集成电路才能达到要求。要完成这么艰巨的任务，必须要求硬件处理速度不断增加，芯片容量扩大。同时要求算法进行针对处理器的优化和改进。这两个方面的不断提高将是数字信号处理技术发展的不懈动力。只有这样，才能实现电台内部软件的高速运行和多种功能的灵活切换和控制。在芯片速度条件限制下，对数字信号处理器的速度要求是非常高的，利用更高速度的DSP芯片组进行并行处理。各个芯片厂商正在努力提高芯片的处理速度，利用多种并行处理、流水线、专用硬件结构来提高芯片的数据处理能力。对于一些固定功能的模块如滤波器、下变频器等，可以用具有可编程能力的专用芯片来实现，而且这种芯片的速度要高于通用DSP芯片。例如用FPGA(现场可编程门阵列)就可以同时满足速度和灵活性两方面的要求，支持软件无线电中的动态系统设置的功能。通常来说系统的分配方式是：计算密集型的部分在DSP内部完成。功能相对固定的部分，就由FPGA来完成。
4.实时操作系统
软件无线电实现的重要基础是处理器速度的提高，然而在一定的处理速度限制下，需要有效的实时应用处理软件和实时操作系统支持，才能充分发挥处理器的性能。与通用操作系统相比，实时操作系统对处理任务的时间调度控制更加明确，可以更有效地面向高速数字信号处理分配有限的处理资源。针对不同的通信体制的共同点，采用、开发高效而灵活的实时操作系统和实时应用软件。完成多种通信模式的软件实现，并且随着移动通信的继续发展，增加具有新的功能的系统模块，提供更先进的服务。
1.2软件无线电的现状和发展
软件无线电是一种新系统,近年来被提出应用于无线通信领域. 它是一种以现代通信理论为基础,以数字信号处理为核心,以微电子技术为支撑的新的无线通信体系结构. 软件无线电设计思想就是将数字化处理单元尽可能靠近天线,同时系统功能尽可能由软件定义。
软件无线电在70年代后期被首次提出，当时模数转换器(ADC)由8085处理器提供，电台工作于低频段(VLF)。载波频率越低，中频(IF) ADC技术的使用越切实可行，这的确是软件无线电的一大特点。
有关军事技术于1992年被首次提出，美国国防远景规划局的易通话第一期发起者于1995年对软件无线电的军事应用进行更全面的介绍。易通话第二期项目促进了创立于1996年3月的模块化多功能信息传输系统(MMITS)论坛的发展。MMITS的全球参与者包括法国的阿尔卡特公司、瑞典的爱立信公司、日本的东京大学、英国的奥林奇个人通信公司、芬兰的诺基亚公司、德国的罗德施瓦茨公司、韩国的三星电子公司和德国的西门子公司等。
经历一段时间后，MMITS论坛重新定义为SDR论坛，标志着软件无线电开放结构标准从侧重军用向侧重商用的转变。
现阶段，软件无线电在通信系统中，特别是在第三代移动通信系统中的应用成为研究的热点。欧洲的先进的通信技术与业务计划中，有三项计划是将软件无线电技术应用在第三代移动通信系统中:FIRST(灵活的综合无线电系统和技术)计划将软件无线电技术应用到设计多频/多模可编程手机。这种手机可自动检测接收信号以接入不同的网络，且适应不同接续时间的要求;FRAMES(未来的无线宽带多址系统)计划的目标是定义、研究与评估宽带有效的多址接入方案来满足UMTS要求，方法之一是采用软件无线电技术;SORT(软件无线电技术)计划是演示灵活的有效的软件可编程电台，它具有无线自适应接入功能，并符合UMTS的标准。
美国也正在研究基于软件无线电的第三代移动通信系统的多频带多模式手机与基站，同时还注意到软件无线电技术与计算机技术的融合，为第三代移动通信系统提供良好的用户界面。 |
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发表于 2011-12-1 22:30:30
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发表于 2011-12-2 18:09:31
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